[发明专利]高功率密度外转子永磁发电机

说明书

技术领域

本发明涉及发电机，具体为一种高功率密度外转子永磁发电机。

背景技术

一些特定的应用领域(如航天领域)要求永磁发电机必须体积小、重量轻、性能稳定，并且要保证所需的功率或功率密度。现有的普通永磁发电机随着体积的减小，定子内径势必减小，转子外径也随之减小。当永磁发电机的体积减小的一定程度时，受内部空间的限制，转子上已无法固定能保证所需输出功率或功率密度的永磁体。或者说，当永磁发电机的体积、重量减小到一定程度时，其输出功率或功率密度会很小，难以达到使用的要求。

发明内容

本发明为了解决现有永磁发电机当体积、重量减小到一定程度时，其输出功率或功率密度会很小，难以达到使用的要求的问题，即解决现有永磁发电机减小体积、重量与影响功率或功率密度之间的矛盾，提供一种高功率密度外转子永磁发电机。

本发明的另一个目的是提供一种可人力驱动的高功率密度外转子永磁发电机。

本发明是采用如下技术方案实现的：高功率密度外转子永磁发电机，包含机箱和由定子铁心、定子线圈构成的定子装配以及两端通过轴承支撑于机箱上的转轴，定子装配固定于机箱的侧壁上，转轴上套接有其内圆表面与定子铁心外圆表面相对的转子支架，转子支架的内圆表面上固定有永磁体磁极。本发明通过改变定子装配的固定位置(以使定子的外圆表面与机箱之间留有间隙)和增设转子支架，将现有永磁发电机转子外圆沿定子内圆旋转变为转子内圆沿定子外圆旋转(即外转子)。在体积相当的情况下，该外转子永磁发电机相比普通(内转子)永磁发电机，扩大了永磁体磁极的安装空间和安装面积，从而在减小体积、重量的同时保证磁极的磁通量，从而相应地增加发电机的功率和功率密度。拖动转轴旋转即可实现发电。

为实现人力驱动的目的，在机箱内还(通过轴承)支撑有从动轴，在转轴一端的轴伸上固定有摇柄，转子支架通过轴承与转轴套接(使转轴和转子支架之间可产生相对转动)，在机箱内还设有由固定于转轴上的主动齿轮、固定于从动轴上且与主动齿轮啮合的从动齿轮、固定于从动轴上的传动齿轮和通过轴承套接于转轴上、与转子支架连接固定且与传动齿轮啮合的被驱动齿轮构成的增速齿轮机构。用脚踩踏或用手摇动摇柄，使转轴转动，转轴带动主动齿轮并通过增速齿轮机构驱动转子支架高速旋转，从而实现人力驱动发电。

本发明所述的永磁发电机通过改变定子装配的固定位置和增设转子支架，即通过外转子结构，使永磁发电机在减小体积、重量的同时能保证相对高的功率密度(或功率)，从而满足特定应用领域的需求。其结构设计新颖、合理，运行稳定、可靠。经过试验，该发电机的技术参数达到所需设计要求：1.转速在320rpm时发电机输出的空载电压大于40V(实际值为56V)；2.转速在大于520rpm时功率大于300W(实际值转速在480rpm的功率就达到300W)；3.转速在1000rpm时发电机输出的空载电压小于200V(实际值为180V)；4.发电机(定子、转子)的总重小于2400g，(实际重量为2290g)。目前市场上的同功率的普通发电机的重量接近8000～9000g，而该发电机的重量不足其1/4，适合航天等特殊应用领域的要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中的转子支架(其上固定有永磁体磁极)的左视图；

图中：1-转轴，2-机箱，3-定子线圈，4-定子铁心，5-永磁体磁极，6-转子支架，7-轴承，8-主动齿轮，9-轴承，10-摇柄，11-从动轴，12-从动齿轮，13-传动齿轮，14-被驱动齿轮，15-扇形孔，16-腰形孔。

具体实施方式

高功率密度外转子永磁发电机，包含机箱2和由定子铁心4、定子线圈3构成的定子装配以及两端通过轴承9支撑于机箱上的转轴1，定子装配(采用螺钉)固定于机箱2的侧壁上，转轴1上套接有其内圆表面与定子铁心外圆表面相对的转子支架6，转子支架的内圆表面上固定有永磁体磁极5。在机箱2内还(通过轴承)支撑有从动轴11，在转轴1一端的轴伸上固定有摇柄10，转子支架6通过轴承7与转轴1套接，在机箱2内还设有由固定于转轴上的主动齿轮8、固定于从动轴11上且与主动齿轮8啮合的从动齿轮12、固定于从动轴上的传动齿轮13和通过轴承套接于转轴上、与转子支架连接固定且与传动齿轮13啮合的被驱动齿轮14构成的增速齿轮机构。转子支架6采用导磁材料整体加工，在转子支架6端面开有均布的扇形孔15、圆弧面开有均布的腰形孔16，以最大限度的减重和减少端部漏磁。永磁体磁极5为圆弧结构、以径向冲磁；采用特殊粘接材料将永磁体磁极5粘接在转子支架的内圆表面上。永磁体磁极5采用具有较高的剩磁、内禀矫顽力和工作温度稀土永磁钕铁硼。通过摇柄10输入的扭矩经过增速齿轮机构增速后使得转子旋转；转子的实际转速范围为320～1000r/min，这时发电机输出三相电压(线电压)为50～190V，经整流后用作控制信号的电源以及供给电阻负载。